活性炭吸附原理及結(jié)構(gòu)-

A、表面氧化物         

用通常的化學(xué)分析檢查出上表相當(dāng)數(shù)量的雜質(zhì)原子，這些雜質(zhì)原子或者結(jié)合在在微晶的端部形成表面氧化物或者進(jìn)入碳原子的層內(nèi)形成雜環(huán)化合物。活性炭中氫和氧的存在對(duì)活性炭的吸附與其他特性有很大的影響。在炭化及活化的工程中，由于氫和氧與碳以化學(xué)鍵結(jié)合，是活性炭的表面上有各種有機(jī)官能團(tuán)型式的氧化物及碳?xì)浠铮@些氧化物使活性炭與吸附分子發(fā)生化學(xué)作用， 顯示出活性炭的選擇吸附性。其表面從含氧官能團(tuán)的形式分別存在著酸性、中性、堿性官能團(tuán)，酸性有羧基、酚羥基，中性有醌基、羰基、堿性官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)至今未詳細(xì)了解。關(guān)于活性炭的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)目前是*不明確的一個(gè)領(lǐng)域，有待于研究。

B、活性炭的細(xì)孔

活性炭在制造過程中，發(fā)揮性的有機(jī)物去除后，晶格間生成的空隙形成許多形狀和大小不同的細(xì)孔，這些細(xì)孔壁的總表面積（即比表面積）一般高達(dá)500-1700m2/g, 這就是活性炭吸附能力強(qiáng)，吸附容量大的主要原因。

表面積相等的炭， 對(duì)同一種物質(zhì)的吸附容量有時(shí)也不同，這與活性炭的細(xì)孔分布和細(xì)孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。 細(xì)孔的構(gòu)造及分布隨原料、活化方法、活化條件不同而異，實(shí)際上不論細(xì)孔大小還是形狀都是各種各樣的， 特別是細(xì)孔大小的范圍非常廣，所以根據(jù)細(xì)孔大小分三類，通常以半徑100A（有時(shí)用200—1000A）為界限，半徑小于它的細(xì)孔稱為微孔，大于它的成為大孔，杜比寧（Dubinin）把在微孔和大孔之間半徑20-1000A 的細(xì)孔稱為過渡孔。

三類孔的半徑如下：

大孔                1000-10000A

過渡孔              20-1000A

小微孔              20A

一般活性炭的微孔容積約為0.15-0.9ml/g，表面積占活性炭表面積的95%以上，因此活性炭與其他吸附劑相比，具有微孔特別發(fā)達(dá)的特征，過度孔的容積為0.02-0.10ml/g，表面積不超過總表面積的5%。大孔容積0.2-0.5ml/g，表面積只有0.5-2㎡/g。吸附時(shí)，大孔可以應(yīng)用多層吸附理論，過渡孔可以應(yīng)用毛細(xì)管凝結(jié)理論，微孔可以應(yīng)用容積填充理論。細(xì)孔中大概有一端閉塞的，也有兩頭都開口的，還有孔與孔交錯(cuò)在一起的，具體情況還不太清楚。從常識(shí)上可以想象，活性炭具有少數(shù)大孔上分枝形成許多過渡孔，再進(jìn)一步從過渡孔上分枝形成無數(shù)的微孔的樹枝狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)也并非適用于所有場(chǎng)合。因?yàn)樯鲜黾?xì)孔分布特征僅為一般情況，活性炭的性質(zhì)受多種因素的影響，不同的原料、不同的活化方法及條件，制得的活性炭的細(xì)孔半徑也不同，表面積所占比例也不同。

C、吸附機(jī)理

大孔內(nèi)表面積發(fā)生多層吸附，在活性炭中它的比例很少，大部分只能起著作為被吸附分子進(jìn)入吸附部分的通路作用，但它作為支配吸附速度因素，在實(shí)用中很重要。過渡孔的作用不是單純的，在許多情況下與大孔相同，作為被吸附質(zhì)的通路而支配著吸附速度，但在某種程度相對(duì)應(yīng)下發(fā)生毛細(xì)管凝結(jié)，并對(duì)不能進(jìn)入微孔的那樣的大分子也起著吸附部位作用?；钚蕴康奈阶饔么蟛糠钟晌⒖走M(jìn)行，吸附量受微孔支配。在活性炭中微孔肯定發(fā)達(dá)，但他的發(fā)達(dá)程度以及過度孔和大孔的多少隨制備方法及原料的不同有很大的差別，所以相應(yīng)活性炭的吸附能力是多種多樣的，因?yàn)槲绞窃诠腆w表面上發(fā)生的現(xiàn)象，故可以認(rèn)為比表面積是表示吸附能力的重要因素。